15-組合角鋼填板設(shè)計(jì)方法

1、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不容易保證，填板一般用于雙角鋼和雙槽鋼構(gòu)件中，把兩個(gè)角鋼或槽鋼聯(lián)系起來，增強(qiáng)穩(wěn)定性，一般填在雙角鋼或雙槽鋼的中間，所以叫填板組合角鋼填板設(shè)計(jì)方法左元龍傅鵬程（華東電力設(shè)計(jì)院上海 200063）【摘要】本文提出了組合角鋼桿件中的填板及其連接螺栓的計(jì)算和可提供使用的計(jì)算公式, 這種計(jì)算方法在現(xiàn)有的規(guī)程、規(guī)定中尚未列入，供從事鐵塔設(shè)計(jì)者作參考應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】剪力 填板 連接螺栓 組合角鋼、常用斷面在輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用由二個(gè)或四個(gè)等邊角鋼組合而成的斷面構(gòu) 件，如圖（1）所示： （:三種常月角鋼繪舎新面生式對(duì)這種形式斷面，通常是考慮在角鋼之間架設(shè)填板用螺栓相連接，從而使之成為一個(gè)

2、實(shí)腹整體構(gòu)件，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)仍是按實(shí)腹桿件考慮。二、國家現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50017 2003中的有關(guān)規(guī)定在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017 2003中的第5.1.5條中有相關(guān)規(guī)定，為了 便于表述，現(xiàn)將全條摘錄如下：【用填板連接而成的雙角鋼或雙槽鋼構(gòu)件， 可按實(shí)腹式構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，但填板間的距離不應(yīng)超過下列數(shù)值:受壓構(gòu)件：40i受拉構(gòu)件：80ii為截面回轉(zhuǎn)半徑，應(yīng)按下列規(guī)定采用：1、當(dāng)為圖5.1.5a b所示的雙角鋼或雙槽鋼截面時(shí)，取一個(gè)角鋼或一個(gè)槽鋼E b/.D 計(jì)算截面目轉(zhuǎn)半徑時(shí)的軸線示意畐與填板平行的形心軸的回轉(zhuǎn)半徑；2、當(dāng)為圖5.1.5c所示的十字形截面時(shí)，取一個(gè)角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑。受

3、壓構(gòu)件的兩個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)之間的填板數(shù)不得少于兩個(gè)?！繉?duì)上述規(guī)定的解釋:1、填板間距是明確的，但缺少四個(gè)角鋼組成的+形十字?jǐn)嗝娴囊?guī)定，參照匚 形十字?jǐn)嗝?，?duì) +斷面也取角鋼的最小軸即如圖所示的軸線；2、填板數(shù)量：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017- 2003中 規(guī)定在兩個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)之間不得少于兩個(gè)。要在一個(gè)計(jì)算長 度內(nèi)放置兩個(gè)填板。3、對(duì)二個(gè)角鋼組成的匚十字形斷面，我們的程序采用分開式填板，布 置在縱橫兩個(gè)方向上；對(duì)四個(gè)角鋼組成的 +的十字形斷面，填板采用在同一處 縱橫兩個(gè)方向各布置一塊組成一對(duì)。4、填板和其連接螺栓的計(jì)算方法沒有進(jìn)一步的敘述，需設(shè)計(jì)人員自行研究 解決。5、圖5.1.5a所示的雙角鋼截

4、面，我們的程序采用一個(gè)角鋼最小軸的回轉(zhuǎn)半、橫向及縱向剪力的計(jì)算1、桿件所受的橫向剪力根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017 2003條文說明第5.1.6條規(guī)定（第212頁）：當(dāng)桿件作為一個(gè)實(shí)腹體，受到軸向壓力作用時(shí)，桿件繞虛軸（平行于填板） 方向發(fā)生撓曲變形而在端部產(chǎn)生剪力 V。從而在填板上，也就是在組合桿件的斷 面中性層，產(chǎn)生一個(gè)剪力Qc,這就是填板及其連接螺栓所受的作用力， 如圖（2） 所示：帶（卍）籽件和填視上的酋力Vrx及OT端部剪力Vmax即7 = N v l2 (1- ) i；N = A*f*將v、N代入VV = 1.25X A fl上式中:ix 組合角鋼虛軸回轉(zhuǎn)半徑;一組合角鋼最小承

5、載力對(duì)應(yīng)的壓屈穩(wěn)定系數(shù)；匚十字形斷面對(duì)應(yīng)于圖（1）Z Z軸回轉(zhuǎn)半徑，廠T形斷面對(duì)應(yīng)于圖（2） Z Z軸回轉(zhuǎn)半徑；A 斷面的毛截面面積；f-鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；I -組合角鋼的計(jì)算長度；b-組合角鋼的寬度加填板厚度；1.25 裕度系數(shù)（與主設(shè)人、主工商量確定）2、組合斷面中性層上作用的縱向剪力計(jì)算公式Qc=It式中:t填板的厚度；V垂直于梁虛軸的橫向剪力；C 填板的間距；S-梁中和軸處半個(gè)斷面的面積矩;S=A* (zO+ 0.5t)zo:角鋼形心距離I 梁作為實(shí)腹體時(shí)的整個(gè)斷面的慣性矩：1 = 2*A （zo + 0.5t） 2+岡Ix = A x i；ix 單角鋼平行軸的回轉(zhuǎn)半徑S、I 代入上

6、式，則 Qc 2 .（zo 0.駐）1 厲/（勺 0.5t）2（1 ）對(duì)大跨越工程：（Zo + 0.5t）改為 d，因?yàn)?d遠(yuǎn)大于 Zo，忽略Zo +0 5t J,則Qc VX C/2d即為常用的計(jì)算格構(gòu)式斷面填板的公式。（2）對(duì)圖（1）所示三種常用的斷面構(gòu)件：因?yàn)椋╖o+ 0.5t） ix，顯然不0.5t) 本程序忽略0.5t，將S、I代入，則Qc22 z1 (ix/zJ 四、三種填板剪力和螺栓計(jì)算公式如下(1)對(duì)二個(gè)等邊角鋼組成的 廠T形斷面，如圖(3)所示: 填板本身不需要計(jì)算，只需要對(duì)連接螺栓進(jìn)行計(jì)算。i 匚 IQ廠亠L(fēng)圖 m 1廠字形新面撲板上的剪力q=(2)對(duì)四個(gè)等邊角鋼組成的 +

7、形十字?jǐn)嗝?，如圖(4)所示:填板在同一處縱橫兩個(gè)方向各布置一塊組成一對(duì)， 填板本身不需要計(jì)算，只 需要對(duì)連接螺栓進(jìn)行計(jì)算。(3) 對(duì)二個(gè)等邊角鋼組成的 匚形十字?jǐn)嗝妫鐖D(5)所示:Z Z為實(shí)軸，X X、W W為虛軸。一般此斷面的穩(wěn)定受控于 Z Z軸， 但是填板的承載力首先要能經(jīng)受住按整體繞 X X或W W軸失穩(wěn)要求所需要 的能力，在這個(gè)前提之下，然后有可能再對(duì) Z Z軸進(jìn)行核對(duì)。因?yàn)槔@X X軸 的回轉(zhuǎn)半徑小于 W W軸的回轉(zhuǎn)半徑，因此現(xiàn)先對(duì)斷面繞 X X軸失穩(wěn)情況分 析填板的受力。填板采用縱橫兩個(gè)方向分開式各布置一塊，螺栓和填板均要計(jì)算圖（5） 丄斷面填板上的剪力Q（繞X X軸失穩(wěn)時(shí)，填板要

8、承載由失穩(wěn)撓曲產(chǎn)生的縱向剪力Qc，扭矩MtQc=V C2 zo1 (ix/zo)2a）Mt:螺栓群形心的扭矩；Mt= Qc *至螺栓群形心的力臂。b） 螺栓群受力計(jì)算公式見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）P66。C）填板受彎正應(yīng)力：二=Qc （至螺栓群形心按老唐意見改力臂至螺栓群形心I 填板斷面（雙排螺栓 A1）扣孔后的慣性矩；h1 距填板形心較遠(yuǎn)的高度；A1螺栓準(zhǔn)線見下表。d）填板剪應(yīng)力：.=QC-SI tS-填板扣孔后的半個(gè)斷面對(duì)形心的面積矩。五、二個(gè)等邊角鋼組成的 匚螺栓準(zhǔn)線表（500kV利港三期錫東南 四 回路）螺栓間距按制圖規(guī)定，螺栓準(zhǔn)線見下表:簡圖螺栓數(shù)量四拼雙拼綴板角鋼號(hào)A1A2雙拼四拼

9、10037744M20rinn .1-it 4 i11040801254595140451101605013018055150200651706M208M2010M20螺栓準(zhǔn)線Ai、A2間距充分拉大以便螺栓群受力減小。六、計(jì)算示例1、做實(shí)驗(yàn)的二個(gè)等邊角鋼L200X 20H組成的匚十字形斷面：不考慮1.25 裕度系數(shù)面積 A = 76.5X 2= 153.0cm?，填板 t= 16mm, Zo= 5.69cm, 1 = 4.5m (二等 分)iz = 7.72cm, ix = 8.92cm,單角鋼 rx = 6.12cm, z= 450/7.72= 58.2, = 0.747,b = 200X

10、2+ 16= 416mm。橫向剪力2V J 15300 295 2 門 -0.747 ) 89.2=30482 N4500 416縱向剪力Qc =186282N30482 150022 56.9 1(61.2/56.9)扭矩：Mt= 186282X (100+ 8) = 20118456Nmm；螺栓 4M24 X 2, A1= 70,A2 =130。螺栓：Tx = MtX 90/2X( 302 + 902 + 302X 2)= Mt/2402 2 2Ty= MtX 30/2X( 30 + 90 + 30 X 2)= Mt/7201T = MtXV(1 /240 f +(1 / 720 f =

11、88.361kN V 108.52kN (6.8 級(jí))填板：填板扣孔后的形心y = 260 X 130-25.5X( 100+ 220) / (260-25.5X 2)= 122.68mm填板扣孔后的慣性矩:l = 16X 2603/12+16X 260X( 130122.68) 2-16X 25.5X (122.68- 100 2+(220 122.68)2372X 16X25.5 /12= 1.954X 10填板受彎正應(yīng)力：20118456 (260 -122.68)7= 141.4MPa1.954 漢 10填板扣孔后的面積 S = 16X 122.68/2 - 16X 25.5X ( 1

12、22.68 - 100)=51.112X 105填板剪應(yīng)力:5186282 1.112 101.954 10716=66.3MPa2、做實(shí)驗(yàn)的二個(gè)等邊角鋼L125X10H組成的匚十字形斷面：不考慮1.25 裕度系數(shù)面積 A = 24.37X 2 = 48.74cm2;填板 t = 10mm, Zo = 3.45cm, l = 2.976m （三等分),iz = 4.85cm, ix = 5.52cm;單角鋼 rx = 3.85cm,z= 297.6/4.85= 61.4,0.722, b= 125X 2+ 10 = 260mm。橫向剪力 V =二 4874 310 111 0.722) 5.5

13、2 = 10387.5N2976 26010387.5 992縱向剪力Qc= = 66511 N2 34.51 +( 38.5/ 34.5)2扭矩：Mt = 66511X( 60+ 5)= 432315N-mm;螺栓 2M20 X 2, A1 = 50,A2 = 90。螺栓：Tx = MtX 25/2X( 252+ 202)= MT/82Ty= MtX 20/2X( 252+ 202)= MT/102.5T = MtX1/821/102.5 = 67.517kNv75.36kN (6.8 級(jí))填板：填板扣孔后的慣性矩 I = 10X 11(f/12 10X 21.5X 252 16X25.53/12=59.67X 10432315 55.0填板受彎正應(yīng)力：二5 = 24.60MPa9.67052填板扣孔后的面積矩S= 10X 55.0 /2 10X 21.5X 25= 9750665119750 小 i填板剪應(yīng)力：.二5= 67.06MPa9.67 如05 如0七、總結(jié)1、 二個(gè)等邊角鋼組成的廠T字形斷面和四個(gè)等邊角鋼組成的 +十字形 斷面的組合桿件中，填板可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，連接螺栓需按計(jì)算設(shè)計(jì)，且填板的每端 與角鋼連接的螺栓數(shù)量不能少于兩個(gè)。2、二個(gè)等邊角鋼組成的匚的十字形斷面中，填板及其連接螺栓均需要 計(jì)算設(shè)計(jì)，填板的每端與角鋼連接的螺栓數(shù)量也不能少于兩個(gè)。3、對(duì)二個(gè)等邊的十字形